DE1563734C3

DE1563734C3 - Circuit for DC voltage stabilization

Info

Publication number: DE1563734C3
Application number: DE19661563734
Authority: DE
Inventors: Günther; Jagsch Christian; 8000 München Mieth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-08-18
Filing date: 1966-08-18
Publication date: 1978-01-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Gleichspannungsstabilisierung mit einem Transistor als steuerbarem Reihenwiderstand (Stelltransistor), dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen einem Pol der zu stabilisierenden Spannungsquelle und dem Verbraucher und dessen Basis über einen Widerstand mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist und dessen Emitter-Basis-Strecke der Emitter-Kollektor-Strecke eines von der verstärkten Regelabweichung der Ausgangsspannung gesteuerten Hilfstransistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp so parallel geschaltet ist, daß die Emitter miteinander verbunden sind.The invention relates to a circuit for DC voltage stabilization with a transistor as controllable series resistor (setting transistor), the emitter-collector path of which between one pole of the to stabilizing voltage source and the consumer and its base via a resistor with the the other pole of the voltage source is connected and its emitter-base path is the emitter-collector path one of the amplified control deviation of the output voltage controlled auxiliary transistor vom the same conductivity type is connected in parallel so that the emitters are connected to one another.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (DT-AS 10 95 329, belgische Patentschrift 60 290).Such a circuit arrangement is already known (DT-AS 10 95 329, Belgian patent 60 290).

Es ist auch bereits eine weitere Serienregelschaltung mit einem Stelltransistor bekannt, dessen Basis-Emitter-Strecke der Kollektor-Emitter-Strecke eines Hilfstransistors parallel geschaltet ist. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Hilfstransistors, dessen Basis an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, bildet zusammen mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors (Emitterverstärker) einen Umleitungsstromkreis, über den der Laststrom bei Überlast oder Kurzschluß an der Kollektor-Emitter-Strecke des Stelltransistors vorbeigeleitet wird. Der Basisstrom für den Stelltransistor fließt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Emitterverstärkers, der an seiner Basis in Abhängigkeit von der verstärkten Regelabweichung am Ausgang der SerienThere is already another series control circuit known with a control transistor whose base-emitter path is the collector-emitter path of an auxiliary transistor is connected in parallel. The collector-emitter path of the auxiliary transistor, whose base is connected to a Voltage divider is connected, forms together with the collector-emitter path of another transistor (Emitter amplifier) a diversion circuit, through which the load current in the event of overload or short circuit the collector-emitter path of the control transistor is bypassed. The base current for the control transistor flows over the collector-emitter path of the emitter amplifier, which depends on the at its base increased control deviation at the output of the series

regelschaltung gesteuert wird (GB-PS 9 67 531).control circuit is controlled (GB-PS 9 67 531).

Im Zusammenhang mit einer anderen Serienregelschaltung mit einem Stelltransistor sind mehrere Maßnahmen zum Schutz des Stelltransistors gegen Überlastung, insbesondere gegen Überspannung am Eingang, Überstrom oder Kurzschluß am Ausgang und Übertemperatur bekannt (Electronics 33, 1960, Nr. 52, Seite56, Fig. la). :'In connection with another series regulating circuit with an adjusting transistor, there are several Measures to protect the control transistor against overload, in particular against overvoltage on the Input, overcurrent or short circuit at the output and excess temperature known (Electronics 33, 1960, No. 52, Page56, Fig. La). : '

Zur Verbesserung der Einschaltsicherheit von Serienregelschaltungen ist es auch bekannt, den Basisstrom des gesteuerten Transistors zwischen Spannungsquelle und Verbraucher aus der Differenz eines Vorstromes /' 1, der einer Hilfsspannungsquelle Uh über einen Widerstand Ri entnommen wird, und dem Strom /2 des Regelverstärkers zu bilden. In Fig. 1 ist eine derartige bekannte Schaltung dargestellt. Die Spannung am Eingang Ue gelangt über den gesteuerten Längstransistor 7s 1 an den Ausgang Ua. Der Transistor 7s 2 verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen der an der Zenerdiode Z abfallenden Spannung und dem am Spannungsteiler abgegriffenen Teil der Ausgangsspannung und liefert den Strom /2 an die Basis des Transistors Ts 1. Je nach Regelzustand ändert sich der Strom /2 und damit der Basisstrom /'s, so daß die Ausgangsspannung Ua konstant gehalten wird. Der Vorstrom /1 ist unabhängig vom Regelzustand und verhindert daher Einschaltschwierigkeiten. Nachteilig ist an dieser Schaltung, daß sie einen zusätzlichen Aufwand zur Gewinnung der Hilfspannung benötigt.To improve the switch-on reliability of series control circuits, it is also known to form the base current of the controlled transistor between voltage source and consumer from the difference between a bias current / '1, which is taken from an auxiliary voltage source Uh via a resistor Ri , and the current / 2 of the control amplifier. In Fig. 1 such a known circuit is shown. The voltage at the input Ue reaches the output Ua via the controlled series transistor 7s 1. The transistor 7s 2 amplifies the voltage difference between the voltage drop across the Zener diode Z and the part of the output voltage tapped at the voltage divider and supplies the current / 2 to the base of the transistor Ts 1. Depending on the control status, the current / 2 and thus the base current changes / 's, so that the output voltage Ua is kept constant. The bias current / 1 is independent of the control status and therefore prevents switch-on difficulties. The disadvantage of this circuit is that it requires additional effort to obtain the auxiliary voltage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Serienregelschaltung mit einer einschaltsicheren Steuerschaltung für den Stelltransistor anzugeben, die mit geringem zusätzlichem Aufwand auch zur Strom- und Temperaturüberwachung am Stelltransistor mitbenutzt werden kann.The invention is based on the object of a simplified series control circuit with a switch-on safe Specify control circuit for the control transistor, with little additional effort also for Current and temperature monitoring on the setting transistor can also be used.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung zur Gleichstromstabilisierung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der den Stelltransistor steuernde Hilfstransistor zusätzlich die Strombelastung durch den Verbraucher und die Temperatur des Stelltransistors überwacht.This task is performed in a circuit for direct current stabilization of the type mentioned at the beginning solved in that the auxiliary transistor controlling the control transistor also the current load through the Consumer and the temperature of the control transistor are monitored.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Emitter-Basis-Kreis des Hilfstransistors ein vom Laststrom durchflossener Meßwiderstand und ein Kaltleiter als Teil eines Spannungsteilers im Querzweig der Schaltung so angeordnet, daß die Summe der Spannungsabfälle im Emitter-Basis-Kreis bei Überstrom und/oder unzulässiger Erwärmung des Stelltransistors den Schwellwert der Emitter-Basis-Kennlinie des Hilfstransistors überschreitet.According to an advantageous embodiment of the invention, a is in the emitter-base circuit of the auxiliary transistor The measuring resistor through which the load current flows and a PTC thermistor as part of a voltage divider in the shunt arm the circuit arranged so that the sum of the voltage drops in the emitter-base circuit in the event of overcurrent and / or impermissible heating of the control transistor the threshold value of the emitter-base characteristic of the Auxiliary transistor exceeds.

Zur Entkopplung des Regel- und Meßkreises ist in der Basisleitung des Hilfstransistors eine Diode eingeschaltet. Die Ausgangsbasis der Erfindung wird anhand der Fig.2 Einzelheiten der Erfindung werden anhand der F i g. 3 bis 5 näher erläutert.To decouple the control and measuring circuit, a diode is switched on in the base line of the auxiliary transistor. The starting point of the invention is based on the Fig.2 details of the invention are based on the F i g. 3 to 5 explained in more detail.

Als Speisespannungsquelle für die Eingangsgleichspannung t/ekann ein Netzgerät oder eine Batterie mit oder ohne angeschlossenen Gleichspannungswandler verwendet werden (Fig.2). Die am Ausgang der Stabilisierungsschaltung entnommene geregelte Spannung ist mit Ua bezeichnet. Im Längszweig der Schaltung ist zwischen Speisequelle G und Verbraucher V der Stelltransistor Ts 11 vom Leitfähigkeitstyp npn eingeschaltet, dessen Emitterelektrode auf der Seite derA power supply unit or a battery with or without a connected DC voltage converter can be used as the supply voltage source for the input DC voltage t / e (Fig. 2). The regulated voltage taken from the output of the stabilization circuit is denoted by Ua. In the series branch of the circuit , the control transistor Ts 11 of conductivity type npn is switched on between the supply source G and consumer V , the emitter electrode of which is on the side of the

⁶S Eingangsspannung liegt und dessen Basiselektrode über den Widerstand R 2 mit dem anderen Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist. Der npn-Transistor Ts 12 verstärkt die Differenzspannung zwischen ⁶ S is the input voltage and its base electrode is connected to the other pole of the supply voltage source via the resistor R 2. The npn transistor Ts 12 amplifies the differential voltage between

der an der Zenerdiode Z1 abgenommenen Bezugsspannung und der am Spannungsteiler RZ bis R 5 abgegriffenen Spannung, die der Ausgangsspannung Ua proportional ist. Der Kollektor des Transistors Ts 12 ist mit der Basiselektrode des Hilfstransistors 7s 3 verbunden, dessen Emitter-Kollektor-Strecke als steuerbarer Widerstand der Emitter-Basis-Strecke des Stelltransistors 7s 11 parallel geschaltet ist. Der Hilfstransistor 7s3 ist vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Stelltransistor TsIl. Die Schaltung ist auch funktionsfähig, wenn alle Transistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind.the reference voltage taken from the Zener diode Z 1 and the voltage taken from the voltage divider RZ to R 5 , which is proportional to the output voltage Ua. The collector of the transistor Ts 12 is connected to the base electrode of the auxiliary transistor 7s 3, the emitter-collector path of which is connected in parallel as a controllable resistor of the emitter-base path of the setting transistor 7s 11. The auxiliary transistor 7s3 is of the same conductivity type as the setting transistor TsIl. The circuit is also functional if all the transistors are of the opposite conductivity type.

Bei Einschaltung der beschriebenen Anordnung fließt der den Stelltransistor öffnende Strom über den Widerstand R2 vom +Pol der Speisespannung in die Basis des Regeltransistors Ts 11. Steigt die Ausgangs- '^: spannung über den Sollwert, so wird der Transistor 7s 12 im Regelverstärker leitend und steuert den Hilfstransistor Ts 3 an. Dieser leitet nun ebenfalls und bildet parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Stelltransistors einen Nebenschluß. Ein Teil des vom Widerstand R 2 eingeprägten Stromes fließt jetzt über den Transistor Ts 3. Der Basisstrom des Stelltransistors nimmt ab und die Emitter-Kollektor-Strecke wird hochohmiger, so daß die angenommene Spannungserhöhung zurückgeht. Die größte Eingangsspannung ist durch die Sperrspannung und die maximale Verlustleistung des Transistors Ts 11 festgelegt. Der Transistor Ts 12 im Regelverstärker muß ebenfalls die volle Eingangsspannung sperren können. Bei größeren Verbraucherströmen können weitere Transistoren zum Stelltransistor 7s 11 in Verbund geschaltet werden.When the power of the described arrangement of the control transistor open current 11 rises flows via the resistor R2 from the + pole of the supply voltage into the base of the control transistor Ts is the source ^': voltage above the desired value, the transistor 7s 12 in the control amplifier is turned on and controls the auxiliary transistor Ts 3 on. This now also conducts and forms a shunt parallel to the emitter-base path of the setting transistor. Part of the current impressed by the resistor R 2 now flows through the transistor Ts 3. The base current of the control transistor decreases and the emitter-collector path becomes higher impedance, so that the assumed increase in voltage decreases. The highest input voltage is determined by the reverse voltage and the maximum power loss of the transistor Ts 11. The transistor Ts 12 in the control amplifier must also be able to block the full input voltage. In the case of larger consumer currents, further transistors can be connected in combination with the setting transistor 7s 11.

In Fig.3 ist die Regelschaltung nach Fig.2 durch eine Schaltung zur Strombegrenzung erweitert. Die unveränderten Teile der Schaltung sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2 versehen. Zur Stromüberwachung ist im Längszweig der Schaltung vor dem Stelltransistor der Meßwiderstand RM eingeschaltet, der vom Verbraucherstrom durchflossen wird. Ebenfalls vor dem Stelltransistor Ts 11 ist in den Querzweig der Schaltung der Spannungsteiler aus dem Kaltleiter Rk und dem Widerstand R 6 eingefügt. Der Abgriff des Spannungsteilers ist über eine Entkopplungsdiode D mit der Basiselektrode des Hilfstransistors Ts 3 verbunden. Der Kaltleiter übernimmt die Funktion der Temperaturüberwachung des Stelltransistors Ts 11.In Figure 3, the control circuit according to Figure 2 is expanded by a circuit for current limitation. The unchanged parts of the circuit have the same reference numerals as in FIG. 2 provided. To monitor the current, the measuring resistor RM , through which the consumer current flows, is switched on in the series branch of the circuit before the setting transistor. Also upstream of the setting transistor Ts 11, the voltage divider consisting of the PTC resistor Rk and the resistor R 6 is inserted into the shunt arm of the circuit. The tap of the voltage divider is connected to the base electrode of the auxiliary transistor Ts 3 via a decoupling diode D. The PTC thermistor takes on the function of temperature monitoring of the setting transistor Ts 11.

Für die kombinierten Überwachungsaufgaben wird die einen Schwellwert aufweisende Basis-Emitter-Charakteristik des Hilfstransistors Ts 3 ausgenutzt (Silizium-Transistor); der Schwellwert kann aber auch durch die Entkopplungsdiode D in der Basisleitung erreicht werden. Die Basis-Emitter-Spannung am Hilfstransistor Ts 3 muß diesen Schwellwert überschreiten, damit er durchgesteuert werden kann. Wird dieser Betriebsfall durch einen der Spannungsabfälle allein oder durch die Summe der Spannungen am Meßwiderstand und an dem die Transistortemperatur messenden Kaltleiter erreicht, wird der Transistor Ts 3 leitend und die Ausgangsspannung sinkt ab. Bei Kurzschluß fließt der durch den Meßwiderstand festgelegte Ausgangsstrom, während die Ausgangsspannung auf Null zurückgeht (F i g. 5). Die am Stelltransistor Ts 11 liegende Eingangsspannung und der weiterhin fließende Strom erwärmen den Transistor. Steigt die Temperatur über den Ansprechwert des Kaltleiters, dann erhöht sich dessen Widerstand um einige Größenordnungen (F i g. 4), die Spannung an ihm steigt ebenfalls und der Transistor Ts 3 wird vollkommen durchgeschaltet. Der Basisstrom des Stelltransistors geht auf Null zurück, so daß er vollkommen gesperrt ist. Nach Abkühlung des Transistor-Kühlbleches und des Kaltleiters Rk, kann wieder Strom fließen. Nach und nach stellt sich thermisches Gleichgewicht zwischen der Verlustleistung des Transistors und der Wärmeabstrahlung des Kühlbleches bei einer dem Kaltleiter entsprechenden Temperatur ein. Eine unzulässig hohe Erwärmung des Transistors TsW wird dadurch verhindert. The base-emitter characteristic of the auxiliary transistor Ts 3, which has a threshold value, is used for the combined monitoring tasks (silicon transistor); however, the threshold value can also be achieved by the decoupling diode D in the base line. The base-emitter voltage at the auxiliary transistor Ts 3 must exceed this threshold value so that it can be controlled. If this operating case is achieved by one of the voltage drops alone or by the sum of the voltages on the measuring resistor and on the PTC thermistor measuring the transistor temperature, the transistor Ts 3 becomes conductive and the output voltage drops. In the event of a short circuit, the output current determined by the measuring resistor flows, while the output voltage drops to zero (FIG. 5). The input voltage applied to the setting transistor Ts 11 and the current that continues to flow heat the transistor. If the temperature rises above the response value of the PTC thermistor, its resistance increases by a few orders of magnitude (FIG. 4), the voltage across it also increases and the transistor Ts 3 is completely switched on. The base current of the control transistor goes back to zero, so that it is completely blocked. After the transistor cooling plate and the PTC thermistor Rk have cooled down, current can flow again. Gradually, a thermal equilibrium is established between the power loss of the transistor and the heat radiation of the cooling plate at a temperature corresponding to the PTC thermistor. This prevents the transistor TsW from heating up excessively.

Bei Schaltungen ohne Temperaturüberwachung wird der Kaltleiter durch einen ohmschen Widerstand ersetzt.In the case of circuits without temperature monitoring, the PTC thermistor is replaced by an ohmic resistance replaced.

Die zusätzliche Temperaturüberwachung des Stelltransistors ist immer dann von Bedeutung, wenn auf eine ausreichende Dimensionierung des Kühlkörpers für den Stelltransistor im Störungsfall aus Raungründen verzichtet wird oder um zu große Wärmeabstrahlung zu vermeiden.The additional temperature monitoring of the control transistor is always important when on a Sufficient dimensioning of the heat sink for the control transistor in the event of a malfunction is omitted for reasons of reason or to avoid excessive heat radiation.

In Fig.4 ist die Kennlinie des in der Schaltung verwendeten Kaltleiters Rk dargestellt.The characteristic of the PTC thermistor Rk used in the circuit is shown in FIG.

Die Fig.5 zeigt im Prinzip die Kennlinie der Regelschaltung mit Strombegrenzung und Temperaturüberwachung. Auf den Achsen sind die Ausgangsspannung Ua und der Ausgangsstrom Ja aufgetragen. Der Einsatzpunkt der Temperaturüberwachung ist auf der Kennlinie mit dem Buchstaben a bezeichnet.5 shows in principle the characteristic curve of the control circuit with current limitation and temperature monitoring. The output voltage Ua and the output current Ja are plotted on the axes. The point at which temperature monitoring starts is marked on the characteristic curve with the letter a.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit for DC voltage stabilization with a transistor as a controllable series resistor {Control transistor), whose emitter-collector path between one pole of the to be stabilized Voltage source and the consumer and its base via a resistor with the other pole the voltage source is connected and its emitter-base path is connected to the emitter-collector path an auxiliary transistor controlled by the increased control deviation of the output voltage of the same conductivity type is connected in parallel in such a way that the emitters are connected to one another, characterized in that the auxiliary transistor (7s 3) controlling the setting transistor is additionally the current load by the consumer and the temperature of the setting transistor (TsIl) supervised.

2. A circuit according to claim 1, characterized in that in the emitter-base circuit of the auxiliary transistor (Ts 3) a measuring resistor (Rm) through which the load current flows and / or a PTC thermistor (Rk) as part of a voltage divider (R 6, Rk) in Cross arm of the circuit is arranged so that the sum of the voltage drops in the emitter-base circuit in the event of overcurrent and / or impermissible heating of the control transistor exceeds the threshold value of the emitter-base characteristic of the auxiliary transistor.

3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that a diode (D) is switched on in the base line of the auxiliary transistor (7s 3), so that the control and measuring circuits are decoupled.